RU2341012C2 - Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof - Google Patents
Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341012C2 RU2341012C2 RU2007104133/09A RU2007104133A RU2341012C2 RU 2341012 C2 RU2341012 C2 RU 2341012C2 RU 2007104133/09 A RU2007104133/09 A RU 2007104133/09A RU 2007104133 A RU2007104133 A RU 2007104133A RU 2341012 C2 RU2341012 C2 RU 2341012C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- terminal
- resistive
- phase
- amplitude
- controlled element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmitters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для формирования требуемых АЧХ и ФЧХ фазоманипулированных, амплитудноманипулированных, а также амплитудно-фазоманипулированных сигналов в заданной полосе частот и преобразовали частоты (переноса спектра входного сигнала по оси частот).The invention relates to radio communications and can be used to generate the required frequency response and phase response of phase-manipulated, amplitude-manipulated, as well as amplitude-phase-shifted signals in a given frequency band and converted frequencies (transfer of the spectrum of the input signal along the frequency axis).
Известен способ манипуляции (модуляции) параметров отраженного сигнала, состоящий в том, что входное сопротивление устройства манипуляции изменяют таким образом, что коэффициент отражения этого устройства изменяет фазу на π, π/2, π/4, причем для разделения входного и отраженного сигнала используют циркулятор [Радиопередающие устройства. / Под редакцией О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982, стр.152-156]. Известно устройство реалиизации этого способа [там же], состоящее из циркулятора, первый вход которого подключен к источнику сигнала, третий вход подключен к нагрузке, а второй подключен к отрезку разомкнутой линии передачи длиной λ/4 в начале которой включен p-i-n диод.A known method of manipulation (modulation) of the parameters of the reflected signal, consisting in the fact that the input resistance of the manipulation device is changed so that the reflection coefficient of this device changes the phase by π, π / 2, π / 4, and a circulator is used to separate the input and reflected signals [Radio transmitting devices. / Edited by O.A. Chelnokov. - M.: Radio and Communications, 1982, p. 152-156]. A device for implementing this method is known [ibid.], Consisting of a circulator, the first input of which is connected to a signal source, the third input is connected to a load, and the second is connected to a piece of an open transmission line of length λ / 4 at the beginning of which a p-i-n diode is turned on.
Если диод закрыт, то от сечения, в котором он включен, происходит отражение, отраженная волна попадает в нагрузку с сопротивлением 50 Ом. Если диод открыт, то отражение происходит от конца линии. Фаза отраженного сигнала в одном состоянии диода отличается от фазы отраженного сигнала в другом состоянии диода на π. При необходимости изменения разности фаз длина отрезка линии передачи изменяется соответствующим образом.If the diode is closed, then reflection occurs from the cross section in which it is turned on, the reflected wave enters the load with a resistance of 50 Ohms. If the diode is open, then reflection occurs from the end of the line. The phase of the reflected signal in one state of the diode differs from the phase of the reflected signal in the other state of the diode by π. If necessary, change the phase difference, the length of the length of the transmission line is changed accordingly.
Недостатком этого способа и устройства его реализации является то, что в двух состояниях диода изменяется только фаза отраженного сигнала, причем заданные значения разности фаз отраженного сигнала в двух состояниях диода обеспечиваются только на одной фиксированной частоте. Другим недостатком является постоянство амплитуды отраженного сигнала в двух состояниях диода, то есть отсутствие манипуляции амплитуды, что сужает функциональные возможности. Например, это не позволяет обеспечить два канала радиосвязи на одной несущей частоте (один канал можно образовать с помощью манипуляции амплитуды, а другой с помощью манипуляции фазы или не позволяет обеспечить кодировку передаваемой информации). Третьим недостатком следует считать большие массы и габариты, связанные с необходимостью использования отрезков линии передачи. Четвертым недостатком является то, что устройство манипуляции, состоящее из управляемой и неуправляемой частей, включается между источником сигнала и нагрузкой, которые имеют определенные значения сопротивлений. Источник сигнала имеет чисто действительное сопротивление (второй вход). Нагрузка для отраженного сигнала (третий вход) имеет также действительное сопротивление. Манипулятор подключен к разомкнутой (бесконечное сопротивление) или к замкнутой (нулевое сопротивление) линии передачи. Следующим важным недостатком является то, что данный способ и данное устройство не обеспечивают манипуляцию амплитуды и фазы проходного сигнала. Основным недостатком является отсутствие возможности усиления сигнала с заданными коэффициентами усиления в двух состояниях.The disadvantage of this method and device for its implementation is that in the two states of the diode only the phase of the reflected signal changes, and the specified values of the phase difference of the reflected signal in the two states of the diode are provided only at one fixed frequency. Another disadvantage is the constancy of the amplitude of the reflected signal in two states of the diode, that is, the absence of amplitude manipulation, which narrows the functionality. For example, this does not allow providing two radio communication channels on the same carrier frequency (one channel can be formed by amplitude manipulation, and the other by phase manipulation or it is not possible to encode the transmitted information). The third disadvantage should be considered large masses and dimensions associated with the need to use segments of the transmission line. The fourth disadvantage is that the manipulation device, consisting of controlled and uncontrolled parts, is connected between the signal source and the load, which have certain resistance values. The signal source has a purely real resistance (second input). The load for the reflected signal (third input) also has a real resistance. The manipulator is connected to an open (infinite resistance) or to a closed (zero resistance) transmission line. Another important disadvantage is that this method and this device do not provide manipulation of the amplitude and phase of the transmitted signal. The main disadvantage is the lack of the possibility of amplifying a signal with a given gain in two states.
Известен способ манипуляции фазы отраженного сигнала, основанный на использовании двухимпедансных устройств СВЧ [В.Г.Соколинский, В.Г.Шейнкман. Частотные и фазовые модуляторы и манипуляторы. - М.: Радио и связь, 1983, стр.146-158]. Известно устройство реализации этого способа [там же], состоящее из определенного количества реактивных элементов типа L, С, параметры которых выбраны из условия обеспечения требуемой произвольной разности фаз коэффициента отражения.A known method of manipulating the phase of the reflected signal, based on the use of dual-impedance microwave devices [V.G. Sokolinsky, V.G. Sheinkman. Frequency and phase modulators and manipulators. - M.: Radio and Communications, 1983, p. 146-158]. A device for implementing this method is known [ibid.], Consisting of a certain number of reactive elements of type L, C, the parameters of which are selected from the condition of providing the required arbitrary phase difference of the reflection coefficient.
По сравнению с предыдущими способом и устройством данный способ и устройство его реализации не требуют использования полупроводниковых диодов только в открытом и только закрытом состояниях. При любых состояниях диодов, определяемых двумя уровнями низкочастотного управляющего воздействия, при определенных значениях параметров типа L, С может быть обеспечено заданное значение разности фаз отраженного сигнала на фиксированной частоте. Если амплитуда управляющего низкочастотного сигнала между указанными двумя уровнями изменяется непрерывно, то обеспечивается модуляция.Compared with the previous method and device, this method and device for its implementation do not require the use of semiconductor diodes only in open and only closed states. For any diode states determined by two levels of low-frequency control action, for certain values of parameters of type L, C, a predetermined value of the phase difference of the reflected signal at a fixed frequency can be provided. If the amplitude of the control low-frequency signal between these two levels changes continuously, then modulation is ensured.
Недостатком является то, что, как и первый способ и устройство, манипулятор может быть включен только между определенными сопротивлениями. Следующим важным недостатком является то, что данный способ и данное устройство не обеспечивают манипуляцию амплитуды и фазы и не усиливают амплитуду проходного сигнала с заданными коэффициентами усиления в двух состояниях.The disadvantage is that, like the first method and device, the manipulator can only be included between certain resistances. Another important disadvantage is that this method and this device do not provide manipulation of the amplitude and phase and do not enhance the amplitude of the transmitted signal with the given amplification factors in two states.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ [Головков А.А. Устройство для модуляции отраженного сигнала. Авт. св-во №1800579 от 09.10 1992 года], состоящий в том, что неуправляемую часть (согласующе-фильтрующее устройство) формируют из определенным образом соединенных между собой двухполюсников, сопротивление каждого двухполюсника выбирают из условия обеспечения одинакового заданного двухуровневого закона изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала при изменении управляемого элемента из одного состояния в другое под действием управляющего низкочастотного напряжения или тока.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is the method [A. Golovkov A device for modulating the reflected signal. Auth. certificate No. 1800579 dated October 9, 1992], consisting in the fact that the uncontrolled part (matching filtering device) is formed from two-terminal devices connected in a certain way, the resistance of each two-terminal device is selected from the condition of ensuring the same predetermined two-level law of change in the amplitude and phase of the reflected signal when a controlled element changes from one state to another under the influence of a control low-frequency voltage or current.
Известно устройство (прототип) реализации способа [там же], содержащее циркулятор, первое и третье плечи которого являются СВЧ-входом и выходом, а во второе плечо включены реактивный четырехполюсник и полупроводниковый диод, подключенный к источнику низкочастотного управляющего воздействия, при этом четерехполюсник выполнен в виде Т-образного соединения двухполюсников со значениями реактивных сопротивлений, которые выбраны из условия обеспечения требуемых законов двухуровневого изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала на двух заданных частотах. Так же как и в предыдущих способе и устройстве реализации, возможна модуляция фазы и амплитуды, если управляющий сигнал изменяется непрерывно.A device (prototype) is known for implementing the method [ibid.], Comprising a circulator, the first and third shoulders of which are a microwave input and output, and a reactive four-terminal and a semiconductor diode connected to a source of low-frequency control action are included in the second shoulder, while the four-terminal is made in in the form of a T-shaped connection of two-terminal devices with reactance values selected from the conditions for ensuring the required laws of two-level changes in the amplitude and phase of the reflected signal in two given frequencies. As in the previous implementation method and apparatus, phase and amplitude modulation is possible if the control signal changes continuously.
Недостатком является то, что, как и в первых двух способах и устройствах, манипулятор может быть включен только между определенными сопротивлениями. Следующим важным недостатком является то, что данный способ и данное устройство не обеспечивают манипуляцию амплитуды и фазы и усиление амплитуды проходного сигнала с заданными коэффициентами усиления в двух состояниях. Третьим важным недостатком является то, что значения модулей и фаз в каждом из состояний не контролируются. Известно лишь отношение модулей и разность фаз. Четвертым недостатком всех перечисленных способов и устройств является то, что все элементы согласующе-фильтрующих устройств (четырехполюсников) выполнены реактивными, что связано со стремлением разработчиков не вносить дополнительных потерь путем использования резистивных элементов. Однако резистивные элементы, обладая независимостью своих параметров от частоты в довольно широкой полосе частот (от самых низких частот (единицы кГц) до частот порядка 500...800 МГц), могут обеспечить достаточно широкую полосу частот амплитудно-фазовых манипуляторов при незначительном увеличении потерь, которые могут быть учтены при соответствующем параметрическом синтезе четырехполюсников. Согласование и фильтрация с помощью резистивных четырехполюсников возможны при условии, если сопротивления источника сигнала и нагрузки являются комплексными [Головков А.А. Синтез амплитудных и фазовых манипуляторов отраженного сигнала на резистивных элементах с сосредоточенными параметрами. Радиотехника и электроника, 1992 г, №9, с.1616-1622].The disadvantage is that, as in the first two methods and devices, the manipulator can only be included between certain resistances. Another important drawback is that this method and this device do not provide manipulation of the amplitude and phase and amplification of the amplitude of the transmitted signal with the given amplification factors in two states. The third important drawback is that the values of the modules and phases in each of the states are not controlled. Only the ratio of the modules and the phase difference are known. The fourth drawback of all of the above methods and devices is that all elements of matching filtering devices (four-terminal devices) are made reactive, which is associated with the desire of developers not to introduce additional losses through the use of resistive elements. However, resistive elements, possessing the independence of their parameters from a frequency in a rather wide frequency band (from the lowest frequencies (units of kHz) to frequencies of the order of 500 ... 800 MHz), can provide a fairly wide frequency band of amplitude-phase manipulators with a slight increase in losses, which can be taken into account with the corresponding parametric synthesis of four-terminal devices. Matching and filtering using resistive four-port networks is possible provided that the resistance of the signal source and load are complex [A. Golovkov Synthesis of amplitude and phase manipulators of the reflected signal on resistive elements with lumped parameters. Radio engineering and electronics, 1992, No. 9, p.1616-1622].
Техническим результатом изобретения является обеспечение манипуляции амплитуды и фазы и усиление амплитуды проходного сигнала с заданными коэффициентами усиления в двух состояниях управляемого элемента в широкой полосе частот при незначительном увеличении потерь путем использования резистивных элементов в согласующих четырехполюсниках при включении манипулятора между источником и нагрузкой с комплексными сопротивлениями. При этом введенные потери компенсируются усилением.The technical result of the invention is to provide amplitude and phase manipulation and amplification of the amplitude of the transmitted signal with given amplification factors in two states of the controlled element in a wide frequency band with a slight increase in losses by using resistive elements in matching four-terminal devices when the manipulator is turned on between the source and the load with complex resistances. In this case, the introduced losses are compensated by gain.
1. Указанный результат достигается тем, что в способе модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов, состоящем в том, что радиочастотный сигнал от источника сигнала подают на модулятор, выполненный из четырехполюсника, управляемого элемента, соединенного с источником двухуровневого низкочастотного управляющего сигнала, изменяют комплексное сопротивление управляемого элемента с одного значения на другое путем переключения низкочастотного управляющего сигнала из одного уровня на другой, изменение сопротивления управляемого элемента приводит к изменению входного и выходного сопротивления модулятора и изменению амплитуды и фазы выходного сигнала, дополнительно в качестве управляемого элемента выбирают трехполюсный управляемый элемент, включенный между источником сигнала и входом четырехполюсника или между выходом четырехполюсника и нагрузкой по схеме с одним из трех общим электродом, к выходу четырехполюсника подключают нагрузку с комплексной проводимостью для проходных модулированных радиочастотных сигналов, проводимость источника сигнала выбирают комплексной, все двухполюсники четырехполюсника выполняют резистивными, количество резистивных двухполюсников выбирают не меньшем трех, значения параметров резистивных элементов, формирующих двухполюсники четырехполюсника, выбирают из условия обеспечения заданных законов изменения амплитуды и фазы, заданного коэффициента усиления амплитуды и фазы проходного сигнала в заданной полосе частот в двух состояниях трехполюсного управляемого элемента, при этом модуль коэффициента передачи в одном из состояний выбирается из условия физической реализуемости четырехполюсника.1. The specified result is achieved by the fact that in the method of modulating the amplitude and phase of the radio frequency signals, consisting in the fact that the radio frequency signal from the signal source is supplied to a modulator made of a four-terminal device, a controlled element connected to a source of a two-level low-frequency control signal, the complex resistance of the controlled element from one value to another by switching the low-frequency control signal from one level to another, changing the resistance of the controlled ele The entent leads to a change in the input and output resistances of the modulator and a change in the amplitude and phase of the output signal; in addition, a three-pole controlled element connected between the signal source and the input of the four-terminal or between the output of the four-terminal and the load according to the scheme with one of three common electrodes is selected as a controlled element the output of a four-terminal device connects the load with complex conductivity for loop-through modulated radio frequency signals, the conductivity of the signal source is chosen com plexic, all two-terminal circuits of a four-terminal network are resistive, the number of resistive two-terminal circuits is chosen at least three, the parameters of the resistive elements forming two-terminal circuits of a four-terminal circuit are selected from the conditions for ensuring the specified laws of amplitude and phase change, a given amplification factor of the amplitude and phase of the transmitted signal in a given frequency band of two states of a three-pole controlled element, while the transmission coefficient module in one of the states is selected from the condition of physical oh feasibility quadrupole.
2. Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов, состоящем из источника радиочастотных сигналов, управляемого элемента, четырехполюсника, выполненного из двухполюсников, состоящих из количества элементов, не меньшего двух, значения параметров которых выбраны из условия обеспечения требуемых амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик в двух состояниях управляемого элемента, подключенного к источнику низкочастотного управляющего сигнала, дополнительно четырехполюсник выполнен из резистивных двухполюсников, количество резистивных двухполюсников выбрано не меньше трех, управляемый элемент выбран в виде трехполюсного управляемого элемента, управляемый электрод которого подключен к источнику низкочастотного управляющего сигнала, трехполюсный управляемый элемент включен между источником радиочастотных сигналов и входом резистивного четырехполюсника, к выходу которого подключена нагрузка для проходных модулированных по амплитуде и фазе радиочастотных сигналов с комплексными проводимостями, при этом значения параметров резистивных элементов, формирующих резистивный четырехполюсник, выбраны из условий обеспечения требуемых значений фазы (φ1) коэффициента передачи в первом состоянии, отношений модулей (m) и разностей фаз (φ) коэффициента передачи в двух состояниях управляемого элемента, определяемых двумя крайними значениями низкочастотного управляющего сигнала, которые в математической форме выражаются в следующем виде:2. The specified result is achieved by the fact that in the device for modulating the amplitude and phase of the radio frequency signals, consisting of a source of radio frequency signals, a controlled element, a four-terminal, made of two-terminal, consisting of the number of elements, not less than two, the parameters of which are selected from the conditions for providing the required amplitude -frequency and phase-frequency characteristics in two states of the controlled element connected to the source of the low-frequency control signal, an additional four-pole The IR is made of resistive two-terminal, the number of resistive two-terminal is selected at least three, the controlled element is selected as a three-pole controlled element, the controlled electrode of which is connected to the source of the low-frequency control signal, the three-pole controlled element is connected between the radio frequency signal and the input of the resistive four-terminal, to the output of which is connected load for pass-through amplitude and phase modulated radio frequency signals with complex conductivities, p , and the values of parameters of resistive elements forming resistive quadripole, selected to provide the desired phase values (φ 1) the gain in the first state, the relationship module (m) and phase differences (φ) transfer coefficient in the two states managed element defined by two end values of the low-frequency control signal, which are expressed in mathematical form as follows:
заданные элементы матрицы проводимости управляемого трехполюсного элемента в двух состояниях (I и II), определяемых двумя крайними уровнями низкочастотного управляющего сигнала; zн=rн+jxн, zo=ro+jxo - заданные комплексные сопротивления нагрузки и источника сигнала; Δφ - заданная величина разностей фаз коэффициентов передачи, обеспечивающая физическую реализуемость и наибольшую полосу частот; m1 - значение модуля коэффициента передачи в первом состоянии управляемого элемента, при котором обеспечивается физическая реализуемость четырехполюсника.predetermined elements of the conductivity matrix of the controlled three-pole element in two states ( I and II ), determined by the two extreme levels of the low-frequency control signal; z n = r n + jx n , z o = r o + jx o are the given complex resistances of the load and signal source; Δφ - a given value of the phase differences of the transmission coefficients, providing physical feasibility and the largest frequency band; m 1 - the value of the coefficient of transmission coefficient in the first state of the controlled element, which ensures the physical feasibility of the four-terminal network.
3. Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов по п.2 резистивный четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных Г-образных соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r1, r2 двухполюсников, составляющих первое Г-образное соединение, и резистивные сопротивления r3, r4 двухполюсников, составляющих второе Г-образное соединение, выбраны из условия обеспечения требуемых коэффициентов усиления, фаз коэффициентов передачи, отношений модулей и разностей фаз коэффициентов передачи в заданной полосе частот в двух состояниях управляемого элемента с помощью следующих математических выражений:3. The specified result is achieved by the fact that in the device for modulating the amplitude and phase of the radio frequency signals according to
где α, β, γ, а и остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в п.2; значение сопротивления r1 выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r2, r3, r4.where α, β, γ, and the remaining notation have the same meaning as in
4. Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов по п.2 резистивный четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных 
где α, β, γ, а и остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в п.2; значение сопротивления r4 выбирается из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r1, r2, r3.where α, β, γ, and the remaining notation have the same meaning as in
5. Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов по п.2 резистивный четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных П-образного соединения трех резистивных двухполюсников и
где α, β, γ, а и остальные обозначения имеют тот же смысл, что и в п.2; значения сопротивлений r3 и r5 выбираются из условия обеспечения физической реализуемости сопротивлений r1, r2, r4.where α, β, γ, and the remaining notation have the same meaning as in
6. Указанный результат достигается тем, что в устройстве модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов по п.2 резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного перекрытого Т-образного соединения четырех резистивных двухполюсников, резистивные сопротивления r1, r2, r3, r4 двухполюсников, составляющих перекрытое Т-образное соединение, выбраны из условия обеспечения требуемых коэффициентов усиления, отношений модулей и разностей фаз коэффициентов передачи в заданной полосе частот в двух состояниях управляемого элемента с помощью следующих математических выражений:6. The specified result is achieved by the fact that in the device for modulating the amplitude and phase of the radio frequency signals according to
где 
На фиг.1 показана схема устройства модуляции амплитуды и фазы радиочастотных сигналов (прототип).Figure 1 shows a diagram of a device for modulating the amplitude and phase of radio frequency signals (prototype).
На фиг.2 показана структурная схема предлагаемого устройства по п.2.Figure 2 shows the structural diagram of the proposed device according to
На фиг.3 приведена схема четырехполюсника по п.3, входящая в предлагаемое устройство.Figure 3 shows the diagram of the four-terminal network according to
На фиг.4 приведена схема четырехполюсника по п.4, входящая в предлагаемое устройство.Figure 4 shows the diagram of the four-terminal network according to
На фиг.5 приведена схема четырехполюсника по п.5, входящая в предлагаемое устройство.Figure 5 shows the diagram of the four-terminal network according to
На фиг.6 приведена схема четырехполюсника по п.6, входящая в предлагаемое устройство.Figure 6 shows the diagram of the four-terminal network according to
Устройство-прототип содержит циркулятор 1 с входным 2, нагрузочным 3 и выходным 4 плечами, три двухполюсника с реактивными сопротивлениями х1k - 5, х2k - 6, x3k - 7, соединенных между собой по Т-схеме, а также полупроводниковый диод 8, подключенный параллельно к источнику сигнала модуляции 9. Двухполюсник 7 подключен к диоду 8, двухполюсник 5 - к нагрузочному плечу 3 циркулятора 1.The prototype device contains a circulator 1 with
Принцип действия устройства манипуляции параметров сигнала (прототип) состоит в следующем.The principle of operation of a device for manipulating signal parameters (prototype) is as follows.
Высокочастотный сигнал от источника (на фигуре 1 не показан) через входное плечо 2 циркулятора 1 поступает в нагрузочное плечо 3. В результате взаимодействия пришедшего сигнала с реактивными элементами и диодом и благодаря специальному выбору значений реактивных элементов двухполюсников, значения фаз и амплитуд отраженных сигналов на двух частотах оказывается такими, что в результате их интерференции на выходное плечо 4 циркулятора 1 поступают сигналы, амплитуда и фаза которых в одном состоянии диода 8, определяемом одним крайним значением сигнала модуляции источника 9, отличаются от амплитуды и фазы этих сигналов в другом состоянии диода 8 на заданные величины на соответствующих двух частотах. Максимальная девиация фазы может составлять 360°, минимальная - ноль, максимальное отношение амплитуд равно ∞. Отношения модулей и разности фаз коэффициента отражения реализуются на обеих частотах одинаковыми.The high-frequency signal from the source (not shown in FIG. 1) through the
Высокочастотная часть структурной схемы обобщенного предлагаемого устройства по п.2 (фиг.2) состоит из каскадно-соединенных источника сигнала 10, трехполюсного управляемого элемента 8, резистивного четырехполюсника 11 и нагрузки 12.The high-frequency part of the structural diagram of the generalized proposed device according to claim 2 (figure 2) consists of a cascade-connected signal source 10, a three-pole controlled
Предлагаемое устройство модуляции параметров радиочастотных сигнала по п.3 (фиг.2) содержит источник радиочастотных сигналов 10, управляемый трехполюсный элемент 8, подключенный к источнику низкочастотного управляющего сигнала (сигнала модуляции) 9, а также резистивный четырехполюсник 11 (фиг.3), выполненный в виде двух каскадно-соединенных Г-образных соединения четырех резистивных двухполюсников (резистивные сопротивления r1 (5), r2 (6) двухполюсников составляют первое Г-образное соединение, а резистивные сопротивления r3 (7), r4, (13) двухполюсников составляют второе Г-образное соединение). Первый электрод управляемого элемента 8 подключен к источнику сигнала 10. Двухполюсник 13 подключен к нагрузке 12. Третий электрод элемента 8 подключен к заземленной шине. Возможны три варианта включения управляемого трехполюсного элемента (транзистора) - с общей базой, с общим эмиттером, с общим коллектором.The proposed device for modulating the parameters of the radio frequency signal according to claim 3 (FIG. 2) comprises a source of radio frequency signals 10, a controlled three-
Это устройство функционирует следующим образом. Благодаря специальному выбору количества резистивных элементов двухполюсников 5, 6, 7, 13 (фиг.3) схемы их соединений и значений их параметров при переключении управляющего (модулирующего) сигнала на управляемом трехполюсном элементе из одного уровня на другой в наибольшей полосе частот. При непрерывном изменении амплитуды управляющего сигнала будет реализована модуляция проходного сигналов по амплитуде и фазе. Сопротивления r2, r3, r4 определяются аналитически по найденным математическим выражениям однозначно. При этом значения этих сопротивлений функциональным образом зависят от произвольно выбираемого значения сопротивления r1 или выбираемого исходя из каких-либо других физических соображений. В предлагаемом изобретении значение сопротивления r1 выбирается из условий обеспечения физически реализуемых значений r2, r3, r4. Значения модуля коэффицента передачи в первом состоянии выбирается из условия обеспечения физической реализуемости четырехполюсника. Значение разности фаз коэффициента передачи в двух состояниях управляемого элемента выбирается из условий достижения наибольшей полосы частот и условий физической реализуемости.This device operates as follows. Due to the special choice of the number of resistive elements of the two-
Значения сопротивлений r2, r3, r4 двухполюсников 6, 7, 13, кроме того, зависят от оптимальных значений элементов матрицы передачи четырех полюсника и заданных комплексных сопротивлений источника сигнала и нагрузки.The resistance values r 2 , r 3 , r 4 of the two-
При выборе положения двух крайних значений амплитуды управляющего сигнала на краях квадратичного участка вольт-амперной характеристики управляемого элемента и частоты управляющего сигнала, соизмеримой с частотой источника сигнала, данное устройство функционирует как преобразователь частоты.When you select the position of the two extreme values of the amplitude of the control signal at the edges of the quadratic section of the current-voltage characteristic of the controlled element and the frequency of the control signal, commensurate with the frequency of the signal source, this device functions as a frequency converter.
Предлагаемое устройство модуляции параметров радиочастотных сигнала по п.4 содержит источник радиочастотных сигналов 10, резистивный четырехполюсник 11 (фиг.4), а также управляемый трехполюсный элемент 8, подключенный к источнику низкочастотного управляющего сигнала (сигнала модуляции) 9. Резистивный четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных
Предлагаемое устройство модуляции параметров радиочастотных сигнала по п.5 содержит источник радиочастотных сигналов 10, резистивный четырехполюсник 11 (фиг.5), а также управляемый трехполюсный элемент 8, подключенный к источнику низкочастотного управляющего сигнала (сигнала модуляции) 9. Резистивный четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных П-образного соединения трех резистивных двухполюсников и
Предлагаемое устройство модуляции параметров радиочастотных сигнала по п.6 содержит источник радиочастотных сигналов 10, резистивный четырехполюсник 11 (фиг.6), а также управляемый трехполюсный элемент 8, подключенный к источнику низкочастотного управляющего сигнала (сигнала модуляции) 9. Резистивный четырехполюсник выполнен в виде несимметричного перекрытого Т-образного соединения четырех резистивных двухполюсников с сопротивлениями r1, r2, r3, r4. Принцип действия этого устройства аналогичен принципу действия устройства по п.3.The proposed device for modulating the parameters of the radio frequency signal according to
Анализ условий физической реализуемости указанных четырех вариантов выполнения резистивного четырехполюсника (фиг.3 - 6) предлагаемого устройства (фиг.2) показывает, что из этого количества вариантов при произвольных заданных сопротивлений источника сигнала и нагрузки всегда найдется такой вариант, что значения резистивных сопротивлений этого четырехполюсника, рассчитанные по вышеприведенным формулам, будут положительными, то есть физически реализуемыми. Наоборот, для каждого отдельно взятого варианта всегда найдутся такие значения сопротивлений источников сигнала и нагрузки, что значения резистивных сопротивлений четырехполюсников, рассчитанные по вышеприведенным формулам, окажутся физически реализуемыми.An analysis of the physical feasibility conditions of these four embodiments of the resistive four-terminal device (Figs. 3-6) of the proposed device (Fig. 2) shows that of this number of options for arbitrary given resistances of the signal source and load, there is always such an option that the values of the resistive resistances of this four-terminal device calculated according to the above formulas will be positive, that is, physically feasible. On the contrary, for each individual option there will always be such values of the resistances of the signal sources and the load that the values of the resistive resistance of the four-terminal devices, calculated according to the above formulas, will be physically feasible.
Докажем возможность реализации указанных свойств.Let us prove the feasibility of implementing these properties.
Пусть комплексные сопротивления нагрузки zн=rн+jxн, источника сигнала zo=ro+jxo, а также матрицы проводимостей 
где 
Матрице проводимостей (1) соответствует классическая матрица передачи [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 40 с]:The conductivity matrix (1) corresponds to the classical transfer matrix [Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M.: Communication, 1965. 40 s]:
где 
Резистивный четырехполюсник описывается матрицей передачи:The resistive four-terminal is described by the transfer matrix:
где 
Эквивалентная схема манипулятора представляется в виде 4-х каскадно-соединенных четырехполюсников (фиг.2).The equivalent circuit of the manipulator is presented in the form of 4 cascade-connected four-terminal devices (figure 2).
Общая нормированная классическая матрица передачи манипулятора имеет вид:The general normalized classical transfer matrix of the manipulator has the form:
Используя известную связь элементов матрицы рассеяния [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 40 с], получим выражение для коэффициента передачи манипулятора 
где 
Пусть требуется определить схему резистивного четырехполюсника и значения параметров резистивных элементов двухполюсников, входящих в него, при которых возможно обеспечить заданные отношения модулей 
Подставим (5) в (6) и после несложных, но громоздких преобразований и разделения комплексного уравнения на действительную и мнимую части получим систему двух алгебраических уравнений:We substitute (5) into (6) and after simple but cumbersome transformations and separation of the complex equation into real and imaginary parts we obtain a system of two algebraic equations:
гдеWhere
Решение системы (7) имеет вид двух взаимосвязей между элементами искомой матрицы проводимостей, оптимальных по критерию обеспечения заданного закона изменения (6) на фиксированной частоте:The solution to system (7) has the form of two relationships between the elements of the desired conductivity matrix, which are optimal according to the criterion of ensuring a given law of change (6) at a fixed frequency:
где 
Поскольку 
которое приводится к виду:which is reduced to the form:
Уравнение (10) после перемножения упрощается и приводится к виду:Equation (10) after multiplication is simplified and reduced to the form:
где I=A1A1-B1H1; N=-A1C2-C1A2+B1H2-В2H1; L=-A1С3-A3C1-B1H3+B3H1;where I = A 1 A 1 -B 1 H 1 ; N = -A 1 C 2 -C 1 A 2 + B 1 H 2 -B 2 H 1 ; L = -A 1 C 3 -A 3 C 1 -B 1 H 3 + B 3 H 1 ;
M=A2C2+B2H2;M = A 2 C 2 + B 2 H 2 ;
Решение уравнения (11) дает выражение для граничного значения разности фаз коэффициентов передачи в двух состояниях управляемого элемента:The solution of equation (11) gives an expression for the boundary value of the phase difference of the transmission coefficients in two states of the controlled element:
Областью физической реализуемости является область изменения разности фаз φ>φгр при условии xн>0 или φ>φгр при условии xн<0. Для обеспечения этой области физической реализуемости необходимо, чтобы подкоренное выражение в (12) было неотрицательно. Из этого условия находим ограничение на квадрат отношения модулей коэффициентов передачи в двух состояниях управляемого элемента:The field of physical realizability is the region of variation of the phase difference φ> φ g under the condition x n > 0 or φ> φ g under the condition x n <0. To ensure this area of physical realizability, it is necessary that the radical expression in (12) be non-negative. From this condition we find the limitation on the square of the ratio of the transmission coefficient modules in two states of the controlled element:
где 
Подкоренное выражение в (13) всегда положительно.The root expression in (13) is always positive.
Выражение для качества управляемого трехполюсного элемента с учетом (10), (11) приводится к виду:The expression for the quality of the controlled three-pole element, taking into account (10), (11), is reduced to the form:
Пусть при тех же исходных данных, что и при решении первой задачи (1)-(3), требуется, чтобы в одном из состояний, например, в первом модуль и фаза коэффициента передачи принимали требуемые значения m1 и φ1 соответственно:Suppose that for the same initial data as in solving the first problem (1) - (3), it is required that in one of the states, for example, in the first, the module and phase of the transmission coefficient take the required values m 1 and φ 1, respectively:
Подставим в (5) выражение (14) и разделив между собой действительную и мнимую части получим систему двух уравнений:We substitute expression (14) in (5) and separating the real and imaginary parts from each other, we obtain a system of two equations:
где 
После денормировки коэффициента передачи (5) путем умножения на 
Денормированный коэффициент передачи связан с физически реализуемой передаточной функцией следующим образом 
Решение системы (15) имеет вид взаимосвязей между элементами классической матрицы передачи четырехполюсника:The solution to system (15) has the form of interconnections between the elements of the classical quadrupole transmission matrix:
где 
Поскольку элементы матрицы передачи четырехполюсника (8) и (16) описывают один и тот же четырехполюсник, то указанные выражения должны быть попарно равны. Из этих равенств вытекает, что все оставшиеся свободные в (8) и (16) элементы матрицы передачи должны определяться с помощью следующих выражений:Since the elements of the transfer matrix of the four-terminal network (8) and (16) describe the same four-terminal network, these expressions must be equal in pairs. From these equalities it follows that all the remaining free elements in the transmission matrix (8) and (16) should be determined using the following expressions:
Анализ показывает, что элементы резистивного четырехполюсника должны определяться из решения системы четырех уравнений - (8) или (16) и (17). Таким образом, все четыре элемента матрицы передачи четырехполюсника оказываются строго заданными. Для того чтобы они определяли физически реализуемый четырехполюсник, должно выполняться свойство взаимности четырехполюсника [Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1965. 40 с], которое в наших обозначениях имеет вид: а2(α-βγ)=1, из которого следуют ограничения на величину модуля коэффициента передачи в первом состоянии управляемого элемента:The analysis shows that the elements of the resistive four-terminal should be determined from the solution of the system of four equations - (8) or (16) and (17). Thus, all four elements of the quadripole transfer matrix are strictly given. In order for them to determine the physically realizable four-terminal, the reciprocity property of the four-terminal should be fulfilled [Feldstein A.L., Yavich L.R. Microwave four-terminal and eight-terminal synthesis. M .: Svyaz, 1965. 40 s], which in our notation has the form: a 2 (α-βγ) = 1, from which the restrictions on the magnitude of the coefficient of transmission coefficient in the first state of the controlled element follow:
Использованные условия описывают свойство взаимности. Поэтому достаточно выполнения любых трех из четырех уравнений. Четвертое уравнение оказывается зависимым от остальных.The conditions used describe the reciprocity property. Therefore, the fulfillment of any three of the four equations is sufficient. The fourth equation is dependent on the rest.
Таким образом, количество резистивных двухполюсников, из которых формируется четырехполюсник, должно быть равным не менее трем. Значения параметров этих двухполюсников определяется путем решения указанных систем трех или четырех уравнений. При этих значениях параметров в первом состоянии будут реализованы заданные значения m1 и φ1, а также заданные отношения модулей m и разности фаз φ в двух состояниях, определяемых двумя крайними уровнями амплитуды низкочастотного управляющего сигнала.Thus, the number of resistive two-terminal, from which the four-terminal is formed, must be equal to at least three. The values of the parameters of these two-terminal devices are determined by solving the indicated systems of three or four equations. With these parameter values in the first state, the given values of m 1 and φ 1 , as well as the specified ratios of the modules m and the phase difference φ in two states, determined by the two extreme levels of the amplitude of the low-frequency control signal, will be realized.
В соответствии с указанным алгоритмом были синтезированы (определены выражения для оптимальных значений сопротивлений резистивных двухполюсников) простейшие схемы четырехполюсника из не менее, чем трех резисторов. Матрицы передачи исследуемых четырехполюсников получены из работы [Гуревич И.В. Основы расчета радиотехнических цепей (линейные цепи при гармонических воздействиях). М.: Связь, 1975, 30-34 с].In accordance with the indicated algorithm, the simplest circuits of at least three resistors were synthesized (expressions were determined for the optimal resistance values of resistive two-terminal devices). The transfer matrices of the studied quadripoles were obtained from [Gurevich I.V. Fundamentals of the calculation of radio circuits (linear circuits with harmonic influences). M .: Communication, 1975, 30-34 s].
Для схемы в виде двух каскадно-соединенных Г-образных соединения четырех резистивных двухполюсников (фиг.3):For the circuit in the form of two cascade-connected L-shaped connections of four resistive bipolar (Fig. 3):
Свободно выбираемое сопротивление r1 обеспечивает физическую реализуемость сопротивлений r2, r3, r4, т.е. их положительность.The freely selectable resistance r 1 provides the physical realizability of the resistances r 2 , r 3 , r 4 , i.e. their positivity.
Для схемы в виде двух каскадно-соединенных
Свободно выбираемое сопротивление r4, обеспечивает физическую реализуемость сопротивлений r1, r2, r3, т.е. их положительность.Freely selectable resistance r 4 provides the physical realizability of the resistance r 1 , r 2 , r 3 , i.e. their positivity.
Для схемы в виде двух каскадно-соединенных П-образного соединения трех резистивных двухполюсников и
Свободно выбираемые сопротивления r3, r5 обеспечивает физическую реализуемость сопротивлений r1, r2, r3, т.е. их положительность.Freely selectable resistance r 3 , r 5 provides the physical feasibility of the resistance r 1 , r 2 , r 3 , i.e. their positivity.
Для схемы в виде несимметричного перекрытого Т-образного соединения четырех резистивных двухполюсников (фиг.6):For a circuit in the form of an asymmetric overlapped T-shaped connection of four resistive two-terminal devices (Fig.6):
Свободно выбираемое сопротивление r3 обеспечивает физическую реализуемость сопротивлений r1, r2, r4, т.е. их положительность.Freely selectable resistance r 3 provides the physical realizability of the resistances r 1 , r 2 , r 4 , i.e. their positivity.
Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений неизвестно устройство одновременной модуляции амплитуды и фазы и усиления, обеспечивающее заданные коэффициенты усиления и фазы в двух состояниях трехполюсного управляемого элемента в заданной полосе частот, состоящее из управляемого трехполюсного элемента, включенного между источником сигнала и входом резистивного четырехполюсника, причем четырехполюсник выполнен в виде двух каскадно-соединенных Г-образных соединения четырех резистивных двухполюсников (в виде двух каскадно-соединенных
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций (выполнение четырехполюсника резистивным в виде четырех указанных выше схем с выбором значений их параметров из условия усиления и обеспечения двухуровневого изменения амплитуды и фазы проходного сигналов в заданной полосе частот при изменении состояния управляемого трехполюсного элемента, включенного между источником сигнала и входом резистивного четырехполюсника, причем трехполюсный элемент может быть включен по любой из трех схем (с общей базой, с общим эммитером, с общим коллектором) при произвольных значениях сопротивлений источника сигнала и нагрузок) обеспечивают одновременно манипуляцию амплитуды и фазы и усиление амплитуды проходного сигнала при наибольшей полосе частот.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations (the execution of a four-terminal network is resistive in the form of the four above-mentioned circuits with a choice of their parameter values from the amplification condition and providing a two-level change in amplitude and phase signals passing in a given frequency band when the state of a controlled three-pole element changes between the signal source at the input and the resistive four-pole input, and the three-pole element can be switched on according to any of three circuits (with a common base, with a common emitter, with a common collector) for arbitrary values of the signal source resistances and loads) provide simultaneous manipulation of the amplitude and phase and amplification of the amplitude of the transmitted signal at the largest frequency band.
Предлагаемые технические решения практически применимы, так как для их реализации могут быть использованы серийно выпускаемые промышленностью транзисторы, резисторы.The proposed technical solutions are practically applicable, since transistors, resistors, commercially available from the industry, can be used for their implementation.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в одновременном обеспечении заданных значений модулей и фаз коэффициентов передачи в двух состояниях управляемого элемента, а также манипуляции амплитуды и фазы и усиления амплитуды проходного сигнала по заданному закону с наибольшей рабочей полосой частот.The technical and economic efficiency of the proposed device consists in simultaneously providing the specified values of the modules and phases of the transmission coefficients in two states of the controlled element, as well as manipulating the amplitude and phase and amplifying the amplitude of the transmitted signal according to a given law with the largest working frequency band.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104133/09A RU2341012C2 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007104133/09A RU2341012C2 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007104133A RU2007104133A (en) | 2008-08-10 |
| RU2341012C2 true RU2341012C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=39746030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007104133/09A RU2341012C2 (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2341012C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663558C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-08-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of high-frequency signal amplitude and phase modulation and device for implementation thereof |
-
2007
- 2007-02-02 RU RU2007104133/09A patent/RU2341012C2/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БАЛАКИРЕВ М.В. и др. Радиопередающие устройства. / Под ред. О.А.Челнокова. - М.: Радио и связь, 1982, с.134-148, 152-154. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2663558C1 (en) * | 2017-06-27 | 2018-08-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of high-frequency signal amplitude and phase modulation and device for implementation thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007104133A (en) | 2008-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2342769C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals | |
| RU2354039C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
| RU2341866C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals | |
| RU2341006C2 (en) | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof | |
| RU2341011C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator | |
| RU2353049C1 (en) | Radio frequency signal amplitude and phase modulation method and associated device | |
| RU2341867C2 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of multiple-frequency signals and device for its realisation | |
| RU2354040C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
| RU2341012C2 (en) | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof | |
| RU2342768C2 (en) | Device for modulating amplitude and phase of radio-frequency signals | |
| RU2341010C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator | |
| RU2342770C2 (en) | Method of demodulating amplitude and phase of radio-frequency signals and device to this end | |
| RU2341865C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of mf signals | |
| RU2341009C2 (en) | Method of radio-frequency signal amplitude and phase modulation and related device of implementation thereof | |
| RU2341008C2 (en) | Radio-frequency signal amplitude and phase modulators | |
| RU2341007C2 (en) | Radio-frequency signal amplitude and phase modulators | |
| RU2341014C2 (en) | Multiple frequency signal amplitude and phase modulator | |
| RU2589304C1 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and device for its implementation | |
| RU2341868C2 (en) | Device for modulation of amplitude and phase of multiple-frequency signals | |
| RU2354038C1 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of radio frequency signals and device for its realisation | |
| RU2496224C2 (en) | Method for amplitude-phase modulation of high-frequency signal and apparatus for realising said method | |
| RU2665903C1 (en) | Method of high-frequency signal amplitude and phase modulation and device for implementation thereof | |
| RU2663558C1 (en) | Method of high-frequency signal amplitude and phase modulation and device for implementation thereof | |
| RU2663554C1 (en) | Method of high-frequency signal amplitude and phase modulation and device for implementation thereof | |
| RU2694784C2 (en) | Method for modulation of amplitude and phase of high-frequency signals and device for its implementation |